9º Encontro Nacional de Tecnologia Química
Realizado em Goiânia/GO, de 19 a 21 de Setembro de 2016.
ISBN: 978-85-85905-20-0

TÍTULO: Obtenção de nanopartículas magnéticas superhidrofóbicas aplicáveis em remoção de óleos em superfície aquosa.

AUTORES: Dutra, G.V.S. (UNIVERSIDADE ESTADUAL DE GOIÁS) ; Araújo, O.A. (UNIVERSIDADE ESTADUAL DE GOIÁS)

RESUMO: O uso de nanopartículas funcionalizadas com moléculas de glicerol que foram modificadas através de reação de esterificação é proposto, neste trabalho, visando sua aplicação na remoção de óleos. As partículas de óxido de ferro foram preparadas pelo método de coprecipitação. O precursor utilizado no revestimento foi obtido a partir da funcionalização do glicerol com ácido esteárico. O revestimento foi realizado através de dois modos distintos: (i) adição do precursor à suspensão aquosa das partículas e (ii) adição do precursor às partículas secas. As partículas apresentaram certa esfericidade com tamanho médio de 11,17 nm, superhidrofobicidade e afinidade química pelo óleo, sendo capazes de mover e remover a mancha de óleo sobre a superfície aquosa aplicando um campo magnético externo.

PALAVRAS CHAVES: Óxido de ferro; Superhidrofobicidade; Remoção de óleos

INTRODUÇÃO: As nanopartículas de óxido de ferro representam uma classe de materiais que possuem dimensões tipicamente menores que 100 nanômetros e desempenham um papel importante no campo da nanociência e nanotecnologia, uma vez que são extensivamente estudadas e aplicadas em vários campos de pesquisa. Entre aquelas destacam-se a magnetita e a maguemita, pois apresentam alta magnetização e superfícies que podem ser modificadas através da inserção de materiais inorgânicos, orgânicos e/ou poliméricos[1–3]. Entre as aplicações ressalta-se a utilização nas remoções de metais pesados[4], de corantes orgânicos[5] e de óleos em superfície aquosa [6]. Apesar de existir diversos métodos de síntese e vários parâmetros de estudo na síntese por coprecipitação, a oxidação espontânea que ocorre durante e após o processo de síntese, convertendo magnetita para maguemita, juntamente com a formação de aglomerados são obstáculos para diversas aplicações devido à possibilidade de perda de propriedades dependentes do tamanho[7,8]. A fim de retardar esse processo, é proposta a estabilização das partículas com materiais que promovam o revestimento de suas superfícies introduzindo funcionalidades desejadas ao material[9,10]. O enfoque deste trabalho visa à obtenção de novos materiais com potencial aplicação na remoção de óleos. As nanopartículas revestidas com moléculas de glicerol que foram modificadas através de reação de esterificação com ácido esteárico apresentam alguns diferenciais: (i) o fato de agregar valor ao glicerol que é produzido como subproduto na síntese do biodiesel; (ii) o processo de revestimento ocorrerá em temperaturas brandas, sob refluxo, usando solvente de baixa toxicidade; (iii) o revestimento tornará as nanopartículas superhidrofóbicas e com capacidade de interação com óleos.

MATERIAL E MÉTODOS: A síntese para obtenção do percursor, 1,2-diidroxi-estereato de propila, foi realizada através de reação de condensação, conforme descrito por[11]. Em um reator de vidro tipo Kettle com capacidade de 1 L foram adicionados glicerol e ácido esteárico em proporção molar de 1:1. Em seguida, foi adicionado acetilacetonato de manganês (II), na proporção de 1,0% em relação à massa de glicerol. Em uma das bocas do reator foi conectado um triângulo de Perkin, e neste acoplado um balão de fundo redondo com o objetivo de coletar água. O sistema reacional foi mantido a pressão reduzida e a temperatura variou de 180 a 200 °C. As nanopartículas (NPs) foram obtidas pelo método de coprecipitação. Preparou-se uma solução aquosa 0,01944 molL-1 de íons de Fe na proporção molar de 1:2 de Fe2+:Fe3+. Os íons foram solubilizados em 1L de água destilada previamente degaseificada. Após a solubilização adicionou-se rapidamente 60 mL de NH4OH 2 molL-1. O precipitado foi lavado com água destilada e decantado, com auxílio de um imã, até pH neutro, e, em seguida, foram secos por liofilização. O revestimento das NPs com o percursor foi realizado pelo método de uma única etapa que consiste na adição da substância orgânica à suspensão das partículas úmidas e pelo método de duas etapas que baseia-se na adição do derivado do glicerol às nanopartículas secas. A proporção molar óxido de ferro (considerando magnetita pura)/percursor foi de 1:1. Em um béquer foram solubilizados sob aquecimento a respectiva quantidade de percursor em 100 mL de isopropanol. Essa solução foi adicionada em um balão de fundo redondo que continha as NPs. O sistema permaneceu em refluxo por 4 horas e o produto foi magneticamente separado do sobrenadante e deixado em temperatura ambiente para evaporação de traços de solventes.

RESULTADOS E DISCUSSÃO: Os resultados obtidos pelas técnicas de FTIR e RMN mostraram que a modificação do glicerol com ácido esteárico ocorre por esterificação em uma das hidroxilas primárias do álcool formando o 1,2-diidroxi-estereato de propila. Os dados de TG evidenciou sua maior estabilidade térmica em relação aos seus constituintes. As caracterizações realizadas na amostra de óxido de ferro sugerem à presença de estrutura cúbica de espinélio inverso, com parâmetros de rede e estequiometrias próximas à magnetita, sendo descritas como magnetita parcialmente oxidada. Este resultado corrobora com os dados de FTIR e da análise de magnetometria de amostra vibrante. Na ausência de qualquer revestimento as partículas apresentam ângulo de contato igual a 0°. Por outro lado, o revestimento das superfícies pelo método de uma e de duas etapas acarretam, respectivamente, a formação de partículas hidrofóbicas (144°) e superhidrofóbicas (164°). Estes dados corroboram com os resultados de TG, no qual as amostras com menores teores de água adsorvida em suas superfícies apresentaram maiores ângulos de contato. A Figura 1 mostra as fotografias da remoção de óleo Bardahl em meio aquoso. As partículas superhidrofóbicas são capazes de interagir quimicamente com a gota de óleo dispersa na superfície aquosa. A utilização de um campo magnético externo permite a remoção completa do óleo derramado sobre a água, Figura 1(c), (d) e (e). Portanto, essas amostras são promissoras no processo de arraste e na remoção de óleos em superfície aquosa, tendo potencial aplicação na limpeza de óleos derramados em mananciais aquáticos.

Figura 1– Fotografias da remoção do óleo da superfície aquosa: (a) óle

A Figura mostra as etapas do processo de arraste e remoção de óleo utilizando as partículas superhidrofóbicas aplicando um campo magnético externo.

CONCLUSÕES: As nanopartículas magnéticas superhidrofóbicas apresentaram afinidade química pelo óleo e quando dispersas sobre a gota de óleo foram capazes de movê-la e removê-la facilmente ao longo da superfície aquosa ao aplicar um campo magnético externo. O revestimento além de oferecer novas peculiaridades ao material constitui uma importante estratégia em termos de aplicabilidade. Neste, a reutilização de recursos disponíveis, como o glicerol, e o alto potencial de remoção de óleos lubrificantes torna-os de grande interesse, pois poderá ajudar a reduzir o impacto ambiental em áreas degradadas.

AGRADECIMENTOS: À CAPES pela concessão de bolsa de pós-graduação e à UEG por possibilitar a realização deste trabalho.

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